[发明专利]一种多水箱太阳能－热泵复合热水系统及其运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种多水箱太阳能与热泵复合热水系统及其运行控制方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源紧缺问题日益明显。同时随着人民生活水平的提高，生活热水的使用量也在快速增加。如何在保证人们生活质量不受影响的前提下减少不可再生能源的消耗成为社会关注的问题。太阳能作为一种绿色可再生能源，其在生活热水供应方面得到了广泛的应用。由于太阳辐射的日夜变化以及受天气状况影响很大，蓄热水箱和辅助热源几乎是必备的部件。目前许多太阳能热水系统采用电加热作为辅助热源，不但会消耗大量的电能，而且对电网的高峰负荷形成很大压力。由于热泵的性能系数(COP)大于1，一般在2～6之间，因此用热泵作为辅助热源会大幅减少电力的消耗。现有热泵与太阳能复合系统一般采用单水箱蓄热或者双水箱(其中一个水箱蓄热、另一个水箱供热)，采用单水箱蓄热时，由于热泵加热、太阳能加热以及蓄热水箱之间难以匹配协调好，常常导致太阳能集热器的效率大幅降低，收集的有效热量很少，致使系统主要依赖热泵加热；而采用双水箱时，热泵的加热功率要比较大才能满足需要，难以充分利用夜间的低谷电进行蓄热，会对公共电网的高峰电力负荷形成压力。因此研究出一种太阳能-热泵复合热水系统及其运行控制方法，使之不但能够充分利用太阳能，保证集热器的高效运行，节约电力，而且能够充分利用夜间的廉价的低谷电，节约运行费用，同时也减轻公共电网的高峰负荷压力，是当前十分紧迫和有意义的工作。

发明内容

本发明公开了一种多水箱太阳能-热泵复合热水系统及其运行控制方法，其目的在于克服现有技术热泵与太阳能复合之后，系统中太阳能加热与热泵加热难以协调，常常出现太阳能集热器的效率大幅降低，或者不能充分利用夜间的低谷电的弊端，本发明利用太阳能、热泵联合起来制备热水，使装置尽可能多的利用太阳能和夜间的低谷电进行加热，节约电力并保证集热器的高效运行，极大地减轻了公共电网的高峰负荷压力。

一种多水箱太阳能-热泵复合热水系统，其特征在于：在太阳能集热器与热泵之间的环路上依次并联2～5个蓄热水箱，每个蓄热水箱供水或者回水主管上设有电磁阀，进水或者出水支管上也设有电磁阀，各个蓄热水箱的底部设置温度传感器；热水连接管从蓄热水箱的底部进入，上部出来，并把各个蓄热水箱串联连接；太阳能集热器的供回水管在靠近冷水进水一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接，热泵的供回水管在另一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接。

一种多水箱太阳能-热泵复合热水系统的运行控制方法，其特征在于：系统有三种加热运行模式：1)热泵单独充热；2)太阳能单独充热；3)太阳能与热泵联合充热；运行控制方法是打开或关闭相应管路中的电磁阀；三种运行模式对蓄热水箱充热的先后顺序为从装有供热水管的水箱依次到装有冷水进水管的水箱，结合天气预报，根据天气阴、晴、气温、用水量、水温等情况自由选择加热运行模式和加热的水箱数量。

所述的各蓄热水箱，其体积可以相等或者不等。基础荷载能够满足要求而且空间也允许时，多个蓄热水箱可并排放置，而且热水的连接管可以从水箱上部插入水箱底部，这样可以减小水箱的散热损失。

所述的热泵可以为空气源热泵、地源热泵或水源热泵。

1)热泵单独充热

当从天气预报得知第二天太阳辐射很低(阴雨天)时，在当日晚上即开始启动热泵利用低谷电对各个水箱充热；

2)太阳能单独充热

当太阳能集热器在晴天能够把足量的冷水加热到所需温度(这种情况一般出现在夏天、秋天、春天)，而且气象台预报次日为晴天时，热泵基本不工作，在次日的白天使用太阳能集热器对各水箱充热。

3)太阳能与热泵联合充热

如果太阳能集热器即使在晴天也无法把足量的热水加热到所需温度(出现这种情况原因很多，比如太阳能集热器面积较少、冬天太阳辐射不足或者室外气温较低)，则在当日晚上即启动热泵，开始利用低谷电对靠近用热负荷端的1～2个水箱进行充热，次日白天先利用太阳能对其余的蓄热水箱进行加热，如果温度达不到要求，然后用热泵加热到要求的温度。

当水箱底部的温度与充热的进水温度接近或者达到预定温度时即视为充满。

太阳能集热器或者热泵对蓄热水箱充热的先后顺序为从装有供热水管的水箱依次到装有冷水进水管的水箱。

本发明所述的多水箱太阳能-热泵复合热水系统及其运行控制方法的优点是：

1)能结合太阳能与热泵的优点，在各种天气条件下最大程度地利用太阳能和低谷电，节约电能，降低运行费用，减小了电网的高峰电力负荷。